核反应堆热工基础-第五章分析.pptx

核反应堆热工基础; 核反应堆内，热量输出的速率以及作用在堆芯和堆内构件上的作用力与系统的流动特性有很大关系。因此，在反应堆热工设计中，不仅要了解堆内热量的产生和传输，而且还必须研究堆内冷却剂流动的流体动力学问题。 流体动力学计算必须考虑稳态和动态运行特性。包括堆内各冷却剂通道流动压降的计算，以便确定各通道的流量和主循环泵所需的功率。尽量使堆芯内冷却剂的流量分布与释热分布相匹配，提高堆的输热能力；合理地确定一回路管道和设备部件的尺寸，提高核电厂的经济性。此外，还必须配合传热计算，确定反应堆的自然循环能力。在两相流动情况厂还需研究流动的稳定性，寻求改善和消除流动不稳定性的方法。;第1节 单相流的压降 设在通道截面z1处冷却剂的压力为p1 ，平均流速为v1 ，密度为ρ1 ；在通道截面z2处冷却剂的压力为p2 ，平均流速为v2 ，密度为ρ2 。通道的横截面积为A，则在微分流体段dz上的作用力有：下端面压力p，上端 面的压力为p+dp，重力pg＝mg和由流动阻力引起的, 相当于作用在面积A上的摩擦压降d pF 。若流经dz所 需的时间为dt，则该微分流体段的运动方程为： ;上式整理并积分得： 此式为不可压缩流体在稳定流动时的动量守恒方程。 设 ，它表示处在不同高度处的流体， 由于位能不同而引起的静压变化，称为提升压降。流体位能增加，则提升压降是正值；流体位能减少，则提升压降为负值。 ; 设 ，它表示由于流通截面发生变化 或流体密度发生变化时引起流速变化，从而使静压也随之变化。流速增大，静压减小。这种由于流体动能增加而引起的静压降称为加速压降。 ，它表示流体流经等截面直通道时，由于粘性使流体与通道壁之间以及有相对运动的流体之间发生摩擦，这种由于沿程摩擦阻力的作用所造成的压力损失称为摩擦压降。 ; ;等温压降：流体与通道壁之间没有热交换情况下的压降。 非等温压降：流体被加热或被冷却时的压降。 为了计算方便，把加速压降分为由通道截面发生变化引起流速变化的加速压降ΔpAS和由于流体密度变化引起流速变化的加速压降ΔpAD两部分，这样在等截面直通道中流体流动的压降为： ;而在通道截面大小或形状突然发生变化的局部区段，由于这种流程一般都很短，因此提升压降，摩擦压降及流体密度变化引起的压降可以略去，于是在这些局部区段的压降为： ;1.等截面直通道的流动压降 （1）提升压降 一般地，如果通道轴线与水平面间的夹角为θ，于是提升压降可写成： 式中： L1，L2——通道轴线方向的位置； z1，z2——L1，L2所对应的垂直高度位置。 如果流体是液体，且截面1和截面2之间流体的温差不大，可把ρ看作常数，并等于截面1和截面2处的密度算术平均值，于是上式积分后得： ; 如果流体是气体，由于在反应堆内压力不太高，温度也不太低，可把气体冷却剂看成为理想气体，服从理想气体状态方程式，以此求得气体平均密度。 式中： R——气体常数，R= 8.314 J · K-1 · mol-1 ； T——气体温度，K。 由于在一般状态下气体的密度很小，所产生的提升压降与总压降相比不大，往往可以匆略不计。 ;（2）加速压降 因为是等截面直通道，所以只考虑流体密度变化所引起的加速压降。由于通道截面不变， ρ v=G为常数，于是 式中： G——质量流速， kg · m-2 · s-1 。 如果液体冷却剂只有温度变化而不发生沸腾，则密度变化很小，于是等截面直通道流动的加速压降可以略去。 ;（3）摩擦压降 无论是单相或两相，是等温或非等温，摩擦压降都普遍采用达西(Darcy)公式进行计算。即 式中： f——达西-韦斯巴赫(Weisbach)摩擦系数，无因次； L——通道长度，m； De——通道的当量直径，m； 计算不同流动状态下的摩按压降，关键是求摩擦系数f。实验证明，摩擦系数取决于流体的流动性质（层流或湍流）、流动状态（定型流或未定型流）、受热条件（等温与非等温）、通道的几何形状以及表面粗糙程度等因素。 ;2. 局部压降 在反应堆中产生局部压降的地方根多，例如在压水堆中，从压力容器和吊篮之间的环形空间进入堆芯下腔室拐弯的地方，堆芯上下栅格板以及燃料组件定位格架等处，由于